O tantalio es un metal del grupo 5 de la tabla periódica, número atómico 73. Tiene una gran similitud química con el niobio (Nb), elemento justo arriba en su grupo. El parecido es tan grande que, durante seis décadas, se creyó que eran el mismo elemento.
Destaca por su gran inercia química, resistencia mecánica, además de su alto punto de fusión (el tercero más alto entre los metales de Tabla periodica). El óxido de tantalio destaca por sus excelentes propiedades eléctricas (su capacitancia, en concreto).
Estas propiedades hacen que el tantalio se utilice ampliamente en la fabricación de aleaciones metálicas, condensadores telefónicos, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos, hornos de alta temperatura, así como prótesis y otros equipos quirúrgico. Sus compuestos se utilizan en diversos sectores de la industria, como aeroespacial, automotriz, electrónica, entre otros.
Vea también: Dubnio: elemento del grupo 5 que está por debajo del tantalio en la tabla periódica.
Resumen de tantalio
- Tántalo es un metal del grupo 5 de la Tabla Periódica que presenta gran similitud química con el niobio.
- Destaca por su inercia y resistencia química y alto punto de fusión.
- Se extrae comercialmente de la tantalita.
- Sus principales usos incluyen la fabricación de aleaciones metálicas y condensadores.
- Su parecido con el niobio es tan grande que durante más de seis décadas se creyó que era el mismo elemento.
Propiedades del tantalio
- Símbolo: está bien.
- Número atómico: 73.
- Masa atomica: 180.948 c.u.s.
- Punto de fusión: 3017°C.
- Punto de ebullición: 5425°C.
- Distribución electrónica: [X] 4f14 6s2 5d3.
- Electronegatividad: 1,5.
- Densidad: 16,69 g.cm-3 (cerca de 25°C).
- Serie química: metal de transición; grupo 5
Características del tantalio
Las características del tantalio son similares a las del niobio. Un ejemplo de esto es el hecho de que reaccionan con el oxígeno gaseoso y halógenos a alta temperatura, además de reaccionar con la mayoría de los no metales.
- 4 Ta + 5 O2 → 2 Ta2O5
- 2 Ta + 5 X2 → 2 Impuesto5, con X = F, Cl, Br, I
Regalos de tantalio buena resistencia a la corrosión, que resulta de la formación de una fina capa de óxido sobre la superficie metálica que aísla el átomos interno al ataque oxidativo. El elemento también es prácticamente químicamente inerte, así como el ataque de ácidos, con la excepción de:
- ácido sulfúrico;
- ácido fluorhídrico
presenta el tercer punto de fusión más alto entre los metales de la tabla periódica, sólo superada por tungsteno y renio. Además, los compuestos de tantalio, en su mayor parte, presentan al metal con estado de oxidación igual a +5 y con características predominantemente covalentes.
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Ocurrencia y obtención de tantalio.
Con una abundancia estimada de 1,7 ppm (partes por millón, mg.kg-1) en la corteza terrestre y alrededor de 0,002 ppb (partes por billón, mg.t-1) en el agua de mar, el tantalio es un elemento metálico relativamente raro en planeta.
El tantalio y su niobio similar ocurren concomitantemente en el mineral columbita, (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6. Sin embargo, cuando la columbita tiene un mayor contenido de tantalio, se denomina tantalita.
LOS El tantalio se obtiene mediante el uso de bases fusionado, que puede disolver Nb2O5 y ta2O5. Si la masa fundida resultante se disuelve en agua, las sales de niobio se pueden separar de las sales de tantalio, ya que las sales de tantalio precipitan en pH mayor (en el rango de 10).
Otra forma de obtener tantalio a partir de la mezcla de óxidos de Nb2O5 y ta2O5 sobre una base de yeso es a través de la aprovechando su mayor basicidad. En esta situación, utilice un solución agua con concentración controlada de HF y KF, formando K2(NbOF5) y k2(TaF7), siendo el primero más soluble en agua que el segundo.
Aplicaciones de tantalio
Los primeros usos del tantalio tuvieron lugar a principios del siglo XX, a través nuevas técnicas de extracción y purificación. En 1905, por ejemplo, los ingenieros que trabajaban para Ernst Werner von Siemens diseñaron bombillas incandescente con filamentos de tantalio, en un intento de reemplazar los frágiles filamentos de carbón utilizado hasta entonces.
Sin embargo, poco después, en 1909, el tantalio fue sustituido por el tungsteno, el metal con el punto de fusión más alto de la tabla periódica, reduciéndose así la demanda industrial del mismo.
La reanudación de la exploración de tantalio se produjo con la fabricación de aleaciones, como el Ta-Ni (tantal-níquel), que son muy resistentes a la corrosión, siendo utilizados en la industria de la joyería. Además, se aplican a:
- herramientas de mecanizado;
- equipo de laboratorio químico;
- válvulas de radio.
Estas aleaciones se utilizan en industriaen automotriz y aeroespacial para producir turbinas y componentes de motores, por ejemplo. El tantalio también se utiliza para fabricación de vidrio con indíces refractivos especiales, que se utilizan para la producción de cámaras ligeras.
Sin embargo, el mayor uso de tantalio ocurre a través del óxido de tantalio, Ta2O5, debido a su alta capacitancia, en el produccion de condensadores. Estos dispositivos electrónicos tienen la capacidad de almacenar cargos electricos interior, descargando grandes cantidades de electricidad al circuito, lo que es muy útil en aparatos que requieren grandes intensidades de cadena.
Los capacitores de tantalio tienen la ventaja de ser más pequeños, ofreciendo cierta capacitancia (magnitud que mide la cantidad de carga que se puede almacenar) en una unidad volumétrica más pequeña que los capacitores tradicional.
Esto es fundamental para la optimización y minimización del circuito eléctrico, ya que la demanda de componentes más pequeños y portátiles es cada vez mayor. Además, tienen baja corriente de fuga, mayor estabilidad y mayor vida útil. Sin embargo, tienen un costo mayor.
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Precauciones con tantalio
Este metal no suele presentar problemas a los humanos.
- El tantalio y sus principales compuestos no están clasificados como cancerígenos.
- Las sales de tantalio no son tóxicas ya que se absorben mal y se eliminan fácilmente.
- La inercia del tantalio permite su uso incluso como prótesis en humanos.
Historia del tantalio
El tantalio fue inicialmente extraído de muestras minerales por el químico sueco Anders Ekeberg, en 1802. Debido a su gran resistencia a las soluciones ácidas, Ekeberg nombró al elemento tantalio, en referencia al rey de mitologia grega Tantalus, conocido por su sufrimiento.
El rey Tántalo, el único mortal que se sentaba a la mesa de los dioses olímpicos, fue castigado con la Dioses por ser ambicioso. Fue enviado al Tártaro (el inframundo), donde había un valle lleno de vegetación, comida y agua.
Sin embargo, como parte del castigo, el rey Tántalo fue condenado a ser incapaz de saciar su hambre o sed, como en el Al acercarse al agua, esta escurría, y al acercarse a los árboles, las ramas eran apartadas de su alcance por el viento.
debido a su similitudes con el niobio, se creía que este y el tantalio eran el mismo elemento. Esto continuó durante seis décadas, y el niobio se llamó columbium, descubierto en 1801 por Charles Hatchett.
En 1844, el alemán Heinrich Rose llegó a afirmar que la tantalita contenía, además de tantalio, otros dos metales, que fueron llamados por él niobio (en referencia a Níobe, hija de Tántalo) y pelopio (en referencia a Pélope, hijo de tantalio). Rose, sin darse cuenta, hizo el redescubrimiento del columbio realizado por Hatchett, sin embargo, lo llamó niobio.
Más tarde, en 1847, el químico R. Hermann dijo que había descubierto otro elemento similar al tantalio, el niobio y el pelopio, llamándolo ilmenio, en referencia a las montañas Ilmensky en Rusia.
Sin embargo, en 1868, por fin, el científico suizo Jean Charles Galissard Marignac logró separar el niobio y el tantalio. A partir de una mezcla de óxidos de tantalio y niobio, Marignac obtuvo los fluoruros de estos compuestos.
Explorando las diferentes solubilidades de ambos, Marignac los desagregó. Otro científico que contribuyó a la separación de los dos elementos fue el sueco Christian Wilhelm Blomstrand, cuando identificó un nuevo cloruro de niobio.
Así, el químico británico Henry Enfield Roscoe concluyó que tanto Marignac como Blomstrand pudieron demostrar que en tantalita solo había dos metales: tantalio y niobio, mientras que los demás metales propuestos no eran más que simples mezclas de ambos en distintas proporciones que además podían contener otros elementos, como el tungsteno, el titanio y el hierro. El nombre columbium se mantuvo como una alternativa al niobio hasta la década de 1950.
Ejercicios resueltos sobre tantalio
Pregunta 1
(Enem 2018) En la mitología griega, Niobia era hija de Tántalo, dos personajes conocidos por el sufrimiento. El elemento químico de número atómico (Z) igual a 41 tiene propiedades químicas y físicas tan similares a las del elemento de número atómico 73 que se han confundido. Por ello, en honor a estos dos personajes de la mitología griega, estos elementos recibieron los nombres de niobio (Z = 41) y tantalio (Z = 73). Estos dos elementos químicos adquirieron gran importancia económica en la metalurgia, en la producción de superconductores y en otras aplicaciones en la industria de alta gama, precisamente por las propiedades químicas y físicas común a ambos.
KEAN, S. La cuchara que desaparece: y otras historias reales de locura, amor y muerte a partir de elementos químicos. Río de Janeiro: Zahar, 2011 (adaptado).
La importancia económica y tecnológica de estos elementos, por la similitud de sus propiedades químicas y físicas, se debe a la
A) tienen electrones en el subnivel f.
B) ser elementos de transición interna.
C) pertenecen al mismo grupo en la tabla periódica.
D) tienen sus electrones más externos en los niveles 4 y 5, respectivamente.
E) ubicarse en la familia alcalinotérreo y alcalino, respectivamente.
Resolución:
Alternativa C
La confusión entre niobio y tantalio se debe a la gran similitud de sus propiedades químicas. En qquímica, la similitud entre los elementos se puede explicar por el hecho de que pertenecen al mismo grupo en la Tabla Periódica. Mendeleev incluso los agrupó teniendo en cuenta la similitud de las propiedades químicas y físicas.
Pregunta 2
El tantalio se puede extraer de un mineral llamado tantalita, cuya composición puede variar. Una de las posibles composiciones es la de óxido de hierro II y tantalio, FeTa2O6.
En la composición demostrada de tantalita, el número de oxidación de tantalio es:
A) +2
segundo) +3
C) +5
D) +10
mi) +12
Resolución:
Alternativa C
El número romano II en la nomenclatura indica que el planchar, en este compuesto, tiene un número de oxidación de +2. En los óxidos, el oxígeno Tiene un número de oxidación de -2. Por lo tanto, el número de oxidación del tantalio se puede calcular de la siguiente manera:
+2 + 2x + 6 (-2) = 0
Consideramos x el número de oxidación del tantalio. Así, la ecuación se pone a cero, ya que el óxido en cuestión es eléctricamente neutro, no siendo un ion.
Resolviendo la ecuación, tenemos:
2x + 2 - 12 = 0
2x - 10 = 0
2x = 10
x = +5
El tantalio, como el niobio, adquiere este número de oxidación en la mayoría de sus compuestos.
Por Stefano Araújo Novais
Profesor de química
